卵泡液中全氟及多氟化合物的非靶向筛查及其跨血-卵屏障传递

全氟及多氟化合物(per-and polyfluoroalkyl substances, PFAS)是一类受到全球关注的重要污染物,除传统PFAS外,越来越多的新型PFAS得到广泛应用,然而对其环境存在、人体暴露及健康风险缺乏足够的研究.鉴定新型PFAS并阐述其环境与健康风险,成为PFAS研究的重要趋势.本研究基于高效液相色谱-高分辨率质谱技术非靶向筛查鉴定了卵泡液中的新型PFAS.通过对一级离子精确质量数、质量亏损、特征碎片离子、保留时间等信息进行定性确证,本研究在99名寻求辅助生殖技术治疗女性的卵泡液中,共筛查出2种新型氯取代全氟烷基醚磺酸(Cl-PFESAs)和7种氢取代全氟烷基羧酸(H-PFCAs),其中4:2 Cl-PFESAs和5:2 Cl-PFESA的检出率高于90%, HPFHpA、H-PFOA、H-PFNA和H-PFUdA的检出率高于50%.通过对同一人群配套的血液样本进行分析,确定了这些新型PFAS的跨血-卵屏障传递系数介于0.56～1.02,其中H-PFCAs的传递系数呈现随化合物的碳数增大而下降的趋势.本研究为进一步筛查新型未知PFAS及探索PFAS对女性生殖健...     

全氟辛酸(PFOA)降解和矿化方法评述

全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)是环境中广泛存在的一类持久性有机污染物,具有生物蓄积和难降解的特征.PFOA的降解和矿化是当前环境技术研究的热点之一.本文针对不同的PFOA降解技术,以PFOA的矿化和无害化处理为目标,详细分析了不同技术的化学过程机制.在此基础上讨论各技术的影响因素,从降解效率、矿化能力(脱氟效率)、二次污染、能耗和成本等因素讨论了各技术的优势和局限.最后总结了PFOA降解的一般化学过程,讨论了当前研究的一些不足之处,并提出了PFOA降解技术的发展方向和趋势.     

全氟和多氟烷基物质与微生物相互作用的研究进展

近年来,全氟和多氟烷基物质(per-and polyfluoroalkyl substances, PFASs)污染已成为全球性环境问题. PFASs的生产和使用导致其通过多种途径进入并持久存在于环境中.一方面, PFASs会对环境中的微生物产生毒性效应,主要毒性机制包括:增加膜透性、引起氧化应激和诱导DNA损伤,从而使得对PFASs较为敏感的微生物活性降低甚至生长受到抑制.长期作用下, PFASs可以改变微生物群落的组成和结构,并且还有基于微生物的食物链传递风险.另一方面,微生物及其胞外分泌物所形成的生物被膜可以吸附环境中的PFASs,并利用自身分泌的胞外酶(如CSO₃^-键裂解酶、磷酸酯酶和聚氨酯酶),通过铁氨氧化、脱硫和水解等反应转化或降解PFASs.因此,本文系统阐述PFASs与环境微生物的相互作用,重点总结PFASs对细菌的细胞毒性;分析PFASs对环境(土壤、淡水、海洋)微生物群落组成、结构及生态系统物质循环的影响;深入讨论PFASs的微生物转化/降解途径;并结合存在的问题及挑战(如PFASs通过细菌进入食物链、PFASs对微生物群...     

新型全氟和多氟烷基化合物的分析、行为与效应研究进展

全氟化合物的污染已成为全球性的环境问题.随着全氟辛基磺酸的限制使用,全氟和多氟烷基化合物替代物的种类和数量不断增加.在大量生产和使用过程中,这些氟化物不可避免地通过直接的使用和排放或间接的转化过程进入到环境和生物体中,因而新型全氟和多氟烷基化合物的环境发现、赋存与迁移行为及潜在的生物学效应研究已成为全氟污染物研究的热点.本文对目前从环境介质中发现的新型全氟和多氟烷基化合物的种类、行为及未知全氟和多氟烷基化合物组分的鉴别方法进行了总结,并对可能的分析技术方法进行了展望.     

水中典型全氟化合物的吸附行为

以全氟辛烷磺酸/羧酸盐(PFOS/PFOA)为代表的全氟化合物(PFCs)以不同的污染水平广泛分布于全球范围的环境介质和生物体内,已经严重危害到人类健康.相对于大气环境的污染,水相中PFOS和PFOA的污染受到更多的关注.由于PFOS/PFOA较高的化学稳定性,传统的微生物降解及光降解等技术都无法有效去除水相中的PFOS/PFOA,这也给其控制技术的研发带来了一定程度的困难.因此,如何有效控制和去除PFCs的污染已经成为亟待解决的热点问题.吸附技术由于其低成本、高效率、易操作和可再生循环利用等特点,已经被证明是去除水相中PFOS/PFOA的有效方法.因此,本文结合本研究组前期的研究成果及其他研究组已有的报道,较全面地综述了近年来国内外针对PFOS/PFOA在不同吸附材料上的吸附行为的研究进展,包括自然沉积物和土壤对PFOS/PFOA的吸附-解吸行为及其影响因素,以及商业、人工制备吸附剂对PFOS/PFOA的吸附性能和机理,并对该领域的发展前景进行了展望.     

全氟/多氟烷基化合物在全球海洋水体中的污染演变趋势研究进展

全氟/多氟烷基化合物(PFASs)的环境污染及危害愈来愈受到全球关注.目前,部分传统PFASs的生产使用受到限制或管控,一些新型PFASs替代品不断进入市场,使得PFASs的环境污染状况变得更为复杂.PFASs不仅在人口密集地区的陆地环境中高频检出,还在各大海洋甚至人迹罕见的两极地区普遍检出.海洋已经成为PFASs污染最重要的"汇"之一,并对全球生态环境以及两极地区产生重要的影响.关于海洋中PFASs污染的报道也日趋增多,本文旨在对近年来海洋PFASs污染的研究数据进行剖析,以期阐明PFASs在全球洋流尺度上的污染时空分布情况,为PFASs的环境风险评估和环境政策的制定提供科学依据.     

鸡蛋中全氟辛烷磺酸以及相关全氟化合物的污染现状

目前环境中全氟有机化合物(PFCs)的污染引起了人们的广泛关注. 近期的研究发现, 中国人血中全氟辛烷磺酸(PFOS)的浓度明显高于其他国家. 本研究的目的是: (1) 检测中国市场鸡蛋中PFCs的浓度和组成; (2) 对人类健康进行初步的风险评价. 采集于中国8个地区的鸡蛋样品用来检测11个全氟有机化合物. 结果显示蛋黄几乎100%含有PFOS, 而蛋白里未检测到(<0.08 ng/g(湿重)). 在全氟烷基磺酸盐(perfluoroalkylsulfonates)中, 只有PFOS在所有鸡蛋中被检测出. 而在全氟烷基羧酸(perfluoroalkycarboxylates)中, 全氟十一酸(perfluoroundecanoic acid, PFUnDA)在所有鸡蛋中被检测出, 全氟辛酸(perfluorooctanoic acid, PFOA)和全氟癸酸(perfluorodecanoic acid, PFDA)分别在75%和50%的鸡蛋样品中被检测出. 鸡蛋中PFOS的浓度范围是45.0～86.9 ng/g(湿重). 风险评价结果显示, 目前中国鸡蛋中PFOS的浓度不会对人类产生即时危害.     

阴离子交换树脂对典型及新型全氟/多氟烷基酸的吸附去除

全氟/多氟烷基酸类物质(PFAAs)作为一类优良的表面活性剂被广泛应用于纺织、半导体和航天等多种商业和工业领域,造成了水体中PFAAs的严重污染.常规饮用水处理工艺如絮凝、高级氧化等不能有效去除PFAAs,而离子交换树脂仅能去除传统的长链PFAAs,对于短链替代物C4 PFAAs和全/多氟醚羧酸的去除效果仍然未知.因此,本研究选取不同链长和官能团的PFAAs,探究不同结构PFAAs的吸附动力学特征,以及树脂性质和水化学条件(溶液pH、共存污染物、无机盐离子)对阴离子交换树脂(AERs)吸附去除不同结构PFAAs的影响特征及关键控制因素.结果表明, PFAAs在大孔AERs(A860)上的吸附速率更快,而凝胶型高憎水性的聚苯乙烯基树脂(A600)对PFAAs的吸附容量和去除率更高. PFAAs链长及官能团的电负性对其吸附速率和去除率均有较大影响:相同碳链长度下,全氟磺酸(PFSAs)>全氟羧酸(PFCAs).对于含有相同官能团的PFAAs,短链PFAAs的吸附速率高于长链PFAAs.溶液pH对PFAAs在树脂上的吸附影响较小.短链PFAAs在AERs上的吸附主要受离子交换作用控制,...     

纳米材料的环境行为与生物毒性

随着纳米科技迅猛发展, 越来越多的人开始关注并研究纳米材料的环境行为和生物毒性. 本文概括地介绍了纳米材料的排放途径和可能发生的环境行为, 重点分析了纳米材料与环境中共存物质的复合行为; 综述了碳纳米材料、金属及氧化物纳米材料、量子点等对细胞、细菌、水生生物、陆生生物等的毒性效应, 阐述了当前对纳米材料致毒机理的有关争论; 最后, 展望了纳米材料环境行为和生物毒性领域的研究方向.     

四氟乙烯-六氟丙烯共聚物的结晶机制

由于有些聚合物会结晶而引起了对聚合物结晶形态与机制的广泛研究.结晶聚合物常形成球晶,球晶结晶的机制已经过充分研究.然而在氟聚合物中常发现棒晶及其他非球晶形态,非球晶结晶的机制至今仍不清楚.在前文中,作者发现四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP共聚物)的形态强烈地依赖于在310—320℃附近的熔体温度.当熔体温度保持在熔点以上、310℃以下时,冷却结晶形成无规晶片.当熔体温度在320℃以上时,则形成球晶.形态随熔体温度的变化,显然与熔体结构随温度的改变有关.熔体中常见的相变是液晶相转变.本文将研究熔体中发生的转变,并根据熔体相态及结晶速率的变化,来解释非球晶结晶的机制.     

生理毒代动力学模型在化学品生态风险评价中的应用

环境化学品分布于生物特定器官或组织(如肝、肾)的靶点浓度,是评价其毒性效应所需的关键信息.受实验技术和条件等限制,仅通过整体动物实验难以实现化学品生物体内靶点浓度的高通量获取.生理毒代动力学(physiologically based toxicokinetics,PBTK)模型则可定量描述化学品在生物体内吸收、分布、代谢、排泄过程,预测化学品在生物体内浓度随时间的变化,关联化学品的环境暴露浓度及靶点浓度.PBTK模型可进一步用于体内(in vivo)-体外(in vitro)毒性测试数据的外推、生物的跨物种外推等,在化学品生态风险评价与管理中发挥重要作用.本文概述了PBTK模型的基本概念及构建PBTK的方法,介绍了现有PBTK模型在化学品生态风险评价中的应用,并对PBTK模型的发展趋势进行了展望.     

影响纳米材料毒性的关键因素

随着纳米技术的发展,越来越多的纳米产品开始进入人们的日常生活,纳米材料的毒性因此成为人们日渐关注的问题.近年来,纳米材料毒性的研究取得了很大进展,包括体内和体外实验研究纳米材料与生物大分子、细胞、器官和组织的相互作用以及其引起的毒性.纳米材料通过诱导氧化应激和炎症反应等机制产生一系列毒性效应.纳米材料本身的物理化学性质对其毒性有决定性的影响,这些性质包括尺寸、形状、表面电荷、化学组成、表面修饰、金属杂质、团聚与分散性、降解性能以及"蛋白冠"的形成.阐明物化性质对纳米材料毒性的影响,对于纳米材料的合理设计和安全应用具有重要的意义.本文对影响纳米材料毒性的关键因素进行了总结和分析,对近年来纳米材料毒性效应的研究进展进行了综述.     

动物黏液:屏障效应及黏附机制

动物黏液是动物分泌和黏附于体内或体表(外)各种表面的湿滑液体,多为浓稠的胶状体,主要成分为黏蛋白、无机盐,并含有抗菌物质如溶菌酶、免疫球蛋白,在作为生物体保护性屏障和润滑作用方面具有重要作用.近五年来,随着现代生物学理论和研究技术的快速发展,对于动物黏液的生物效应和作用机制尤其是屏障效应和黏附机制等方面的研究取得了长足的进步.这些研究表明,在分子层面决定动物黏液屏障效应和黏附机制的关键在于黏液的化学成分如黏蛋白以及相应的物理特性.本文介绍了近年来与动物黏液的屏障效应和黏附机制相关的研究,主要包括动物黏液的生物效应、研究方法、化学组成、物理性质、作用机理等方面的研究进展.     

基于稀有鮈鲫模型研究水环境中纳米银的毒理学效应

纳米银具有优越的抗菌性能,现已被很好地应用于食品工业、医疗卫生、水处理等多个行业中.然而纳米银的生物安全性也同时引起了人们的高度关注.本文采用小型实验鱼类——稀有鮈鲫,探讨了商品化纳米银在水处理推荐使用剂量范围内(1~20 mg/L)的水生毒理学效应.通过24 h急性毒性实验表明纳米银(LC50 12.79 mg/L)毒性效应远远低于银离子(LC50 22μg/L),尽管银离子与纳米银的生物富集效应并不明显,但它们同样可进入鱼体内,并引起相应靶器官的毒性作用,表现为鳃组织与肝脏表面显微结构的明显损伤效应.由此可见,水体中由于纳米银的应用而导致的潜在生态毒性风险不容忽视.     

“摇铃形”金复合纳米二氧化硅在细胞和组织暗场成像中的应用

金纳米颗粒因其具有独特的物理化学及光学性质, 在生物影像、癌症诊断治疗等领域表现出极大的应用前景, 但因小尺寸纳米金颗粒(<20 nm)在生理体液环境中稳定性较差、体内安全剂量低、被动靶向效果不明显等问题, 使其在体内成像, 尤其在活体肿瘤部位成像中受到较大局限. 本文针对上述问题, 将13 nm金颗粒生长在具有特殊核壳结构的夹心二氧化硅空腔之内, 形成具有新型结构的“摇铃形”金复合纳米二氧化硅(silica nanorattles@gold nanoparticles, SN@GN), 既保留金纳米颗粒的强散射特性以利于细胞和动物组织中实现暗场成像, 同时二氧化硅壳层将金颗粒保护起来, 提高了纳米颗粒的稳定性. 细胞毒性实验表明SN@GN的细胞生物相容性良好, 毒性低. 动物急性毒性实验表明, SN@GN的最大耐受剂量大于200 mg/kg, 而GN的体内最大耐受剂量仅为4.6 mg/kg, 显著提高了金纳米颗粒的生物相容性. 本研究为SN@GN在生物暗场影像领域的应用提供了重要的实验依据.     

有机污染物的混合毒性QSAR模型及其机制研究进展

环境有机污染物的联合暴露是一条普遍规律.化合物定量结构与活性相关研究(quantitative structure-activity relationship,QSAR)模型是研究有机污染物毒性的重要方法.本文以有机污染物的混合毒性及其机制研究为主线,将化合物按照毒性作用方式分为3类:非极性麻醉型、极性麻醉型和反应性化合物,并概述了3类化合物基于毒性作用机制的混合毒性QSAR模型.简单综述了非极性麻醉型化合物混合毒性的定量预测方法,发现非极性麻醉型化合物的毒性预测方法最为简单,仅由混合体系的总疏水性决定,可通过统一的QSAR模型预测;概述了极性麻醉型化合物混合毒性的定量预测方法,指出极性麻醉型化合物的混合毒性由混合体系总疏水性和氢键效应共同决定;重点解析了反应性化合物的混合毒性QSAR模型,发现由于反应性化合物作用机制较为复杂,目前仍缺乏统一的混合毒性定量预测方法.进一步从混合物组分、化合物之间相互作用和化合物与靶蛋白的相互作用3方面入手,综述了反应性化合物混合毒性QSAR模型的最新研究进展.最后指出,采用基因组学和代谢组学等更为先进的实验手段进一步揭示化合物的分子生物学机制,进而建立更为通用的有机污染物混合毒性预测方法是今后发展的方向.     

为什么要设计酶催化活体自组装?

自组装纳米材料在药物递送方面的应用具有巨大的潜能.其尺寸的可调控性、病理环境响应性等物理化学行为,使得自组装纳米载体可以通过改进主动靶向、被动靶向、血液长循环等方面来提高药物递送能力.然而,相对于大量基础研究的投入,目前的临床转化依然面临着巨大的挑战.其中除了药物研发固有的高风险特征外,其主要原因还包括自组装纳米材料在体的稳定性、递送效率以及代谢毒性等问题.由此,我们从自然的自组装过程中得到启发,率先发展了活体自组装(in vivo self-assembly)的策略.它是指通过将外源性的分子引入到特定的生理和病理环境下,在细胞、组织甚至活体生物内进行自组装,形成可控的高级有序结构.通过调控其在复杂生物环境下时空可控的组装,从而实现特定的功能.体内自组装纳米药物具有组装诱导滞留(assembly induced retention,AIR)效应,能够显著增强药物在靶点病灶部位的富集和滞留,增强递送效率,提高药物利用率,同时降低药物在肝肾部位的蓄积,降低了毒性副作用,为癌症等重大疾病的诊断和治疗提供了新思路和新策略.     

多功能生物可降解聚合物纳米药物载体:设计合成及在肿瘤靶向治疗上的应用

生物可降解聚合物纳米载体具有良好的生物相容性、较长的体内循环时间、可靶向富集到肿瘤组织、在体内可降解等优越性能,是实现肿瘤靶向治疗最有前景的载体系统之一.多个基于生物可降解聚合物的纳米药物已投入市场或进入不同临床试验阶段.然而,纳米药物虽然有效降低了药物的毒副作用,却并没有显著提高肿瘤治疗效果.同时,纳米药物还存在体内稳定性差、药物易早释、肿瘤细胞内吞效率低、细胞内药物释放缓慢等问题.因此,提高纳米药物疗效的新策略成为国际研究的前沿和热点.本文综述了近年来本课题组及国内外学者在构建多功能生物可降解聚合物纳米载体和肿瘤靶向治疗上的研究进展.本文重点介绍了以下4个方面:(1)化学或物理交联稳定的生物可降解聚合物纳米载体,有效提高了纳米药物的体内稳定性,抑制药物早释,增强肿瘤靶向性能;(2)生物响应性生物可降解聚合物纳米载体,实现了抗癌药物在肿瘤组织和肿瘤细胞内的快速高效释放;(3)刺激敏感可逆交联的生物可降解纳米载体,巧妙解决了聚合物纳米载体在血液循环时需具有高稳定性、而在肿瘤细胞内需快速高效释放药物的矛盾;(4)靶向肿瘤的生物可降解聚合物纳米载体,促进了纳米药物在肿瘤组织处的滞留,增强纳米药物的内吞效率和肿瘤细胞内的富集.我们相信多功能聚合物纳米药物经过缜密设计、精确制备和系统研发,将会陆续进入临床应用并在肿瘤靶向治疗中发挥重要作用.     

热分析用于研究四氟乙烯与六氟丙烯共聚物(FEP)的热裂解机制

四氟乙烯与六氟丙烯共聚物(FEP)是一种热塑性的全氟高聚物,它在现代工业和科学技术上有着广泛而又重要的应用。文献上曾对此共聚物的组成和热裂解过程进行了不少研究,然而所有这些报道都从未涉及此共聚物分子中是否存在聚四氟乙烯链段和它在共聚物中所占的比例;文献中所提出的机制也未能很好地说明实验结果。     

6∶2氟调磺酸在土壤中的有氧微生物转化

全(多)氟烷基化合物作为主要的活性成分被广泛地应用于水成膜泡沫灭火剂中.在消防演习中,大量的6:2氟调磺酸(6:2 FTSA)及其前体物被释放到土壤及地下水等环境中,然而关于6:2 FTSA在土壤中的归趋和转化的研究仍存在较大的空白.本研究利用室内微宇宙实验探究了6:2 FTSA在好氧土壤中的降解行为.实验进行到90 d时,6:2 FTSA在灭菌对照组和降解实验组中均具有较好的质量平衡结果,分别达到97.4%和76.8%. 6:2 FTSA在好氧土壤中的降解率较低, 90 d时仍有33%没有发生降解. 6:2 FTSA经一系列好氧降解转化,主要降解转化为短链的全氟戊烷羧酸(PFPeA)和全氟己烷羧酸(PFHxA),在另一次要的降解路径中则观察到5:3氟代饱和酸(5:3 acid)的生成.90 d时, PFPeA的生成产率占初始6:2 FTSA的摩尔百分比为20.4%, PFHxA为6.5%, 5:3 acid为9.5%,全氟丁烷羧酸(PFBA)为1.0%. 6:2 FTSA及其降解产物在土壤上的吸附能够降低其降解量.脱磺酸基步骤是6:2 FTSA在土壤中好氧降解的限速步骤.这些研究结果表明,进入到土壤环境中的6:2 FTSA可能是短链羧酸的一个潜在来源.